電機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì).

1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第I頁(yè)液壓站電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)摘要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電動(dòng)機(jī)已廣泛運(yùn)用到冶金、化工、石油、電力、礦山等 各個(gè)行業(yè)。因此，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的研究和推廣對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重要意義。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 已由原來(lái)傳統(tǒng)的熱繼電器形式發(fā)展到微機(jī)化、 數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。市場(chǎng)上具有此特點(diǎn)的智 能型保護(hù)器裝置有50多種，因此，研究一種穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉的保護(hù)器是非常必要 的。本文在分析了目前國(guó)內(nèi)外電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的研究進(jìn)展與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種以TN87C196KD-20單片機(jī)為控制核心，集過(guò)載、斷相、接地、堵轉(zhuǎn)和短路等故障保護(hù)于 一體的智能型電機(jī)綜合保護(hù)器。本課題的研究方法是：通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)

2、程中電流特 征以及發(fā)生故障時(shí)電流特征的變化進(jìn)行分析， 得出保護(hù)方案。運(yùn)用單片機(jī)強(qiáng)大的信號(hào)采 集和運(yùn)算功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和處理， 確定電動(dòng)機(jī)是否運(yùn)行在故障狀態(tài)下。 如果電機(jī)發(fā) 生故障，單片機(jī)就會(huì)通過(guò)輸出端口給外接電路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的停車、報(bào)警和故障記憶。本課題的主要任務(wù)是：設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路圖，包括電流采樣電路、顯示輸入電路、 繼電器輸出電路、端子輸入電路、通信電路等；分析系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和編程技巧。另外 結(jié)合實(shí)例（液壓站的電動(dòng)機(jī)保護(hù)）對(duì)保護(hù)器系統(tǒng)進(jìn)行分析。關(guān)鍵字：電動(dòng)機(jī)保護(hù)；故障分析；硬件電路；單片機(jī)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第III頁(yè)Design Of Motor Protector in

3、hydraulic stationAbstractWith the rapid development of the national economy, the motor has been used in metallurgical, chemical, petroleum, electricity, mining and other industries.Therefore, the study and promotion of the motor protector are great significanee to the national economy .Motor protect

4、ors have bee n from the traditi onal form of the thermal relay to the computer ,digital and network-based.Intelligent protection device with this Characteristics in the market has more tha n 50 kin ds, and therefore the study of a high stability, low-cost protection is very necessary.In this pape, a

5、 single-chip microcomputer, TN87C196KD-20 , based intelligent motor protector with function and short-circuit protection is desig ned on the basis of an alyz ing the developme nt and status quo of motor protectors in the world. Research methods in this subject is that through the an alysis of proces

6、s of motor curre nt characteristics and the characteristics of the eve nt of the failure ,the n obtai n the protect ion program.The uses of sig nal acquisiti on and powerful comput ing fun cti ons of the data of single-chip are been used to determine whether the motor is running in the fault state.I

7、f the motor broke down, single-chip will be give the external circuit signals through the output ports and make the achieveme nt of motor park ing, alarm and fault memory. The main task of this topic is to design the hardware circuitsystem, including the current samplingcircuit, show ing in put circ

8、uit, the relay output circuits, in put circuits, com muni catio ns circuits and so on ,and to An alyse the Systems software architecture and program ming skills. Another task is that an example is given to the protection system for analysis. That is hydraulic stations motor protection .Key words : M

9、otor protection;Failure analysis;Hardwarecircuit;Single chip microcomputer目錄摘要.Abstract1J.1緒論11.1液壓站設(shè)備簡(jiǎn)介 11.2電動(dòng)機(jī)保護(hù)器概述11.3電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 21.3.1國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r21.3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r21.4電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的特點(diǎn)31.5本課題的主要任務(wù)和研究?jī)?nèi)容 42電動(dòng)機(jī)保護(hù)器工作原理及方案設(shè)計(jì) 62.1基本工作原理62.2系統(tǒng)功能特點(diǎn)72.3方案確定72.4本章小結(jié)93電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析及保護(hù)方案設(shè)計(jì)113.1過(guò)流、欠流分析及保護(hù)方案113.2電機(jī)過(guò)載分析及保護(hù)方案123.

10、3短路分析及保護(hù)方案143.4缺相和相不平衡分析及保護(hù)方案153.5漏電分析及保護(hù)方案163.6欠電壓分析及保護(hù)方案 163.7啟動(dòng)分析及保護(hù)方案173.8本章小結(jié)174 保護(hù)器硬件電路設(shè)計(jì) 184.1信號(hào)采集電路194.2輸入、顯示電路設(shè)計(jì) 22遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第IV頁(yè)421顯示電路分析 22422鍵盤(pán)輸入電路分析254.3電源電路設(shè)計(jì)254.4繼電器輸出電路設(shè)計(jì) 264.5端子輸入電路284.6單片機(jī)(TN87C196KD-20)接口電路設(shè)計(jì) 294.6.1 外圍電路設(shè)計(jì)304.6.2單片機(jī)知識(shí)介紹324.7本章小節(jié)365電動(dòng)機(jī)保護(hù)器軟件設(shè)計(jì) 375.1主程序設(shè)計(jì)375.2電流采

11、樣中斷設(shè)計(jì) 385.3按鍵中斷設(shè)計(jì)395.4顯示子程序設(shè)計(jì)395.5本章小結(jié)40結(jié)論41參考文獻(xiàn)42致謝43遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第52頁(yè)1緒論1.1液壓站設(shè)備簡(jiǎn)介液壓站又稱液壓泵站，是獨(dú)立的液壓裝置，它按驅(qū)動(dòng)裝置（主機(jī)）的要求供 油，并控制油流的方向、壓力和流量，適用于主機(jī)與液壓裝置可分離的各種液壓 機(jī)械下。液壓能具有出力大，控制方便、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。因此在工業(yè)高速發(fā)展的今天， 液壓站作為一種能源裝置運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)。液壓站主要由泵裝置、集成塊或閥組合、油箱、電器盒等組合而成。泵裝置上裝有 電機(jī)和油泵，是液壓站的動(dòng)力來(lái)源， 將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能；集成塊是由液壓閥及通道 體組合而成，對(duì)液壓油實(shí)行

12、方向、壓力、流量調(diào)節(jié)；油箱是鋼板焊制的半封閉容器，其 上裝有濾油網(wǎng)、空氣濾清器等，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)油、油冷卻及過(guò)濾等功用；電器盒可用于電動(dòng)機(jī) 的接線，出于液壓站在工作系統(tǒng)中的重要性，一般液壓站都配備兩臺(tái)電機(jī)，一臺(tái)工作用， 一臺(tái)備用?？梢?jiàn)液壓站對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求很高：電機(jī)應(yīng)工作在電壓波動(dòng)為土10%頻率0.991.01倍；額定頻率（連續(xù)的）；三相電源不平衡電壓，電流零序成分都不應(yīng)超過(guò) 正序成分的2%因此，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在液壓站上的應(yīng)用就顯得極其重要了。12電動(dòng)機(jī)保護(hù)器概述電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)系統(tǒng)中的重要組成部分在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，廣泛用于冶金、化工、紡織、石油、電力、礦山等國(guó)

13、民經(jīng)濟(jì) 的主要部門(mén)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國(guó)防建設(shè)及人民生活正常進(jìn)行的重要保證，因而確保電動(dòng) 機(jī)的正常運(yùn)行就顯得十分重要。而在使用中造成電機(jī)燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件 屢見(jiàn)不鮮，“據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)全國(guó)每年僅因電動(dòng)機(jī)燒毀所消耗的電量就達(dá)數(shù)千萬(wàn)度，電動(dòng) 機(jī)燒毀的數(shù)量達(dá)20萬(wàn)臺(tái)次以上，容量約0.4億千瓦，因維修所耗的電磁線約5000萬(wàn)公斤, 修理費(fèi)達(dá)20億元，而因停工停產(chǎn)所造成的損失更是一個(gè)無(wú)法估量的巨大數(shù)目?！币虼俗龊秒妱?dòng)機(jī)的保護(hù)具有節(jié)能顯著、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益及保證安全生產(chǎn)的重要意義。我國(guó)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置大約經(jīng)歷了由起初的 JR系列熱繼電器、熔斷器和電磁式電 流繼電器發(fā)展到模擬電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，到

14、后來(lái)的數(shù)字電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。 產(chǎn)品功 能一代比一代強(qiáng)，保護(hù)器性能一代比一代優(yōu)越。更值得一提的是由于近年來(lái)微處理器技 術(shù)的發(fā)展，給電動(dòng)機(jī)保護(hù)器向智能化、 多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺(tái)，使得電機(jī)保 護(hù)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。本文即要介紹一種由TN87C196KD-2單片機(jī)作為微控制 器的新型智能化電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。1.3電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在微電子領(lǐng)域，國(guó)外產(chǎn)品總會(huì)走在時(shí)代的前列。特別是在美國(guó)和德國(guó)以及日本這些 發(fā)達(dá)國(guó)家。當(dāng)然近幾年國(guó)內(nèi)產(chǎn)品也得到了飛速發(fā)展， 以致在控制功能上能與國(guó)外同類產(chǎn) 品媲美。1.3.1國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器也經(jīng)歷著由不發(fā)達(dá)到發(fā)達(dá)，由傳統(tǒng)到智能的一個(gè)階段。起

15、初也 是單一的、傳統(tǒng)的雙金屬繼電器，這種繼電器只能對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載進(jìn)行保護(hù)，而且也只 適合于輕載啟動(dòng)的情況下；接下來(lái)發(fā)展到智能化過(guò)載繼電器，這種繼電器能提供過(guò)載、 斷相和三相電流不平衡三種保護(hù)。生產(chǎn)該繼電器的廠家主要有德國(guó)西門(mén)子公司、美國(guó)的 ABB公司以及日本的富士公司。再到后來(lái)發(fā)展成智能化電動(dòng)機(jī)控制器，進(jìn)入90年代，由于微機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外一些公司提出了兼有監(jiān)控、保護(hù)作用的智能化電動(dòng)機(jī)控制 器，它有通訊功能，能與中央控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向通訊，形成監(jiān)控、保護(hù)與信息網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)，不但能監(jiān)察電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的各個(gè)參數(shù)，測(cè)量當(dāng)前數(shù)據(jù)。還能對(duì)過(guò)去的運(yùn)行參數(shù)及故障情況做出統(tǒng)計(jì)，以便于維修。最先生產(chǎn)該種保護(hù)器的是

16、英國(guó)的GEC-ALSHO公司，且之后在不斷的更新它的產(chǎn)品。1.3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置大約經(jīng)歷了全面仿蘇、自行設(shè)計(jì)、更新?lián)Q代、智能化發(fā)展等幾個(gè)階段。20世紀(jì)60年代以來(lái)，電子式保護(hù)器開(kāi)始走上社會(huì)2。(1) 熱繼電器、熔斷器和電磁式電流繼電器。熱繼電器在電子業(yè)尚不發(fā)達(dá)的時(shí)代曾是電機(jī)過(guò)載保護(hù)的首選產(chǎn)品，它是利用雙金屬片熱效應(yīng)工作的。但熱繼電器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、受環(huán)境影響大、重復(fù)性 差、誤差大及功能單一等，已無(wú)法滿足越來(lái)越高的要求，因而也就無(wú)法避免被淘汰的命電磁式電流繼電器具有過(guò)載、堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能，有的還有缺相保護(hù)，其過(guò)載保護(hù)具有反 時(shí)限特性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械制造精度高，價(jià)

17、格高且體積龐大，因而目前已被基本淘汰。（2）模擬電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）。在上個(gè)世紀(jì)七八十年代，隨著半導(dǎo)體模擬器件的興起及普及，涌現(xiàn)出了一批性能比 較可靠、功能多樣化的電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 （電機(jī)保護(hù)器）,為電機(jī)的可靠運(yùn)行提供了較 可靠的保障，但這類產(chǎn)品仍存在一些無(wú)法克服的缺陷：整定精度和采樣精度都不高；無(wú)法 實(shí)現(xiàn)具有多種保護(hù)功能于一體的全保護(hù)。鑒于以上原因，純粹模擬線路的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 （電機(jī)保護(hù)器）正逐漸被其它一些更先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品所代替。隨著近年來(lái)微處理器技術(shù)的發(fā)展,給電動(dòng)機(jī)保護(hù)器向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺(tái)，使得電機(jī)保護(hù)進(jìn)入 了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。常規(guī)電子式保護(hù)器，檢測(cè)元

18、件一般采用速飽和電流互感器，不存在發(fā)熱問(wèn)題，其動(dòng)作 穩(wěn)定性與熱繼電器相比有了質(zhì)的飛躍。但是常規(guī)電子式保護(hù)器均采用人工可調(diào)定時(shí)限保 護(hù)特性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與電機(jī)熱過(guò)載保護(hù)特性曲線相匹配的反時(shí)限特性保護(hù) ，只能實(shí)現(xiàn)“單點(diǎn) 式”保護(hù)，并且該保護(hù)裝置一般采用定時(shí)避開(kāi)啟動(dòng)電流的措施，以防止正常啟動(dòng)的保護(hù)誤 動(dòng)作。但是如果啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)異常故障，則電機(jī)就得不到保護(hù)。另外，由于電網(wǎng)電壓波 動(dòng)、干擾、自身發(fā)熱等因素，其故障率也很高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)的數(shù) 字化、計(jì)算機(jī)化成為了必然的發(fā)展趨勢(shì)。熱繼電器的淘汰為電子式電機(jī)保護(hù)技術(shù)的推廣與使用提供了廣闊的前景，況且國(guó)內(nèi)的電機(jī)保護(hù)控制裝置由于價(jià)格高或產(chǎn)品質(zhì)量低

19、劣而未能普及，技術(shù)水平及在品種和數(shù)量 上遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。因此盡快開(kāi)發(fā)新型三相電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器，使我國(guó)低壓電器產(chǎn)品追蹤國(guó)際最新技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。 在這種背景下，以單片機(jī)為核心，對(duì)電 機(jī)過(guò)壓、欠壓、過(guò)載等故障具有綜合檢測(cè)保護(hù)功能的智能保護(hù)器應(yīng)運(yùn)而生。本課題要做 的也正是這樣一款多功能的智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。力爭(zhēng)達(dá)到國(guó)內(nèi)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器研究領(lǐng)域 的至高點(diǎn)。1.4電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的特點(diǎn)本課題設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可以堪稱國(guó)內(nèi)電動(dòng)機(jī)保護(hù)領(lǐng)域的高端產(chǎn)品。本保護(hù)器集啟動(dòng)保護(hù)、運(yùn)行保護(hù)、通訊功能、人機(jī)對(duì)話模塊于一身，并且做到了故障的顯示和記憶。 為電機(jī)故障分析提供充分的數(shù)據(jù)，有效的起到了電動(dòng)機(jī)故障防范的作用

20、。1、整機(jī)模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括：（1）中央處理模塊：由TN87C196KD-20單片機(jī)、晶振電路和 A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電源電路 構(gòu)成。（2）信號(hào)處理模塊：由電流互感器和零序互感器從 380V電動(dòng)機(jī)供電線上獲取電流信 號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。（3） 電源模塊：電源電路與總電路分開(kāi)處理，可提供 +24V單獨(dú)接地、+12V +5V電 源共同接地以及+5V單獨(dú)接地，充分滿足單片機(jī)的電源要求。（4）人機(jī)交互模塊：該模塊集輸入與顯示于一身，采用串行數(shù)據(jù)傳輸，有效節(jié)約單 片機(jī)資源。（5）控制模塊：由開(kāi)關(guān)量輸入、輸出組成，開(kāi)關(guān)量輸入用于監(jiān)測(cè)外部開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也可根據(jù)客戶要求用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止控制：開(kāi)關(guān)量輸

21、出主要用于輸出報(bào)警信號(hào)，脫扣信號(hào)和遠(yuǎn)程起動(dòng)信號(hào)。（6）通訊模塊：該模塊采用通用的 RS-485 ModbusRTU!訊規(guī)約，能實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙 控、遙信等功能。2、多重保護(hù)措施（1）過(guò)流保護(hù)：包括采樣傳感器到電機(jī)及電機(jī)內(nèi)部的局部短路保護(hù)，保護(hù)特性分為 定時(shí)限和反時(shí)限兩種。（2）斷相保護(hù)：包括電機(jī)內(nèi)部和外部供電引起的各種斷相故障，保護(hù)特性為定時(shí)限。（3）過(guò)載保護(hù)：根據(jù)電機(jī)額定電流確定保護(hù)整定值基于過(guò)電流倍率的自動(dòng)雙向反時(shí) 限特性保護(hù)。（4）啟動(dòng)保護(hù)：通過(guò)起動(dòng)電流的變化時(shí)長(zhǎng)和連續(xù)頻繁啟動(dòng)造成的熱積累來(lái)判斷是否 正常啟動(dòng)。（5）過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)：電網(wǎng)供電過(guò)壓及欠壓引起的故障保護(hù)、保護(hù)特性為定時(shí) 限。1

22、.5本課題的主要任務(wù)和研究?jī)?nèi)容電動(dòng)機(jī)的燒壞以不對(duì)稱故障率最高，占 70%上。不對(duì)稱故障主要表現(xiàn)為過(guò)流、 過(guò)載、三相不平衡、斷相以及堵轉(zhuǎn)等 。而所有的這些故障都同時(shí)表現(xiàn)為電流的變化，因此只要將電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中的電流值進(jìn)行取樣，經(jīng)過(guò)整流、濾波再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)中進(jìn)行算法處理和分析就可以判斷電動(dòng)機(jī)是否出現(xiàn)故障，從而做出相應(yīng)的故障處理措施，同時(shí)將故障通過(guò)顯示輸出。因此，本課題的主要研究?jī)?nèi)容：（1）通過(guò)分析電機(jī)定子電流的變化情況來(lái)判定電動(dòng)機(jī)的故障電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，定子電流的幅值和相位都會(huì)發(fā)生變化。掌握這些變化情況是 進(jìn)行電動(dòng)機(jī)故障分析與故障類型判斷的依據(jù)。（2）確定電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)曲線和

23、參數(shù)設(shè)置電動(dòng)機(jī)定子電流的過(guò)載倍數(shù)與電機(jī)允許運(yùn)行時(shí)間之間的關(guān)系取決于電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、 材料、運(yùn)行場(chǎng)合等多種因素。因此，要想使保護(hù)器具有一定的通用性，既要使電動(dòng)機(jī)器 的保護(hù)曲線符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，還要使電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)曲線能夠根據(jù)不同電動(dòng)機(jī) 由用戶來(lái)修改。（3）硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)擬采用TN87C196KD-20單片機(jī)為核心，配合其外圍電路實(shí)現(xiàn)智能型電動(dòng)機(jī) 保護(hù)器的硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)智能型電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的要求， 硬件電路應(yīng)由電流信號(hào)采集 模塊、人機(jī)交互模塊、中央處理模塊、控制保護(hù)模塊和電源模塊等組成。（4）軟件程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序需要完成各 A/D采樣計(jì)算，各種保護(hù)判斷、處理，電流、電壓值以及故 障類型的

24、顯示，按鍵輸入識(shí)別、處理等功能。在程序中，所有的計(jì)算都應(yīng)采用特定的算 法以保證處理數(shù)據(jù)的精度。達(dá)到故障判斷動(dòng)作的準(zhǔn)確性。2電動(dòng)機(jī)保護(hù)器工作原理及方案設(shè)計(jì)2.1基本工作原理電動(dòng)機(jī)保護(hù)器發(fā)展到今天，已經(jīng)經(jīng)過(guò)好幾代的改革升級(jí)了。數(shù)字式智能型電動(dòng)機(jī)保 護(hù)器的工作原理基本沒(méi)有太大變化，只是隨著硬件電路和芯片的升級(jí)在不斷的得到改 善，保護(hù)精度得以提高，保護(hù)功能得以增加。下面主要通過(guò)以下6個(gè)模塊對(duì)保護(hù)器的基本工作原理進(jìn)行闡述。如圖2.1圖2.1電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的基本原理框圖1、電流電壓采集模塊本課題設(shè)計(jì)的保護(hù)器主要采集電流信號(hào)， 即監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)。狀態(tài)信號(hào)主 要利用穿心式電流互感器和零序互感器采樣得到。

25、 具體方法是將電動(dòng)機(jī)的電源線穿過(guò)互 感器?；ジ衅魍ㄟ^(guò)固定的變比將電流信號(hào)同步縮小成微電流。這個(gè)電流信號(hào)就可以供下一步處理，最后進(jìn)入單片機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是否正常的依據(jù)。2、微處理器設(shè)計(jì)單片機(jī)是保護(hù)器的處理核心，它由硬件電路和軟件程序來(lái)支撐。通過(guò)對(duì)程序的編制 以及外圍電路的設(shè)計(jì)可以使單片機(jī)按一定的要求去執(zhí)行各種動(dòng)作。 單片機(jī)主要起對(duì)信號(hào) 進(jìn)行一定的算法處理、與故障參數(shù)進(jìn)行比較、做出電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是否正常的判斷、發(fā)出信 號(hào)使外圍模塊斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)電路等作用。3、繼電器輸出控制模塊采用繼電器的主觸點(diǎn)的吸合和斷開(kāi)達(dá)到對(duì)輸出端子的控制， 然后由端子控制外部接 觸器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。繼電器主要采用固態(tài)繼電器，因?yàn)楣?/p>

26、態(tài)繼電器具有壽命長(zhǎng)、性 能穩(wěn)定，無(wú)火花等特點(diǎn)。因此使用起來(lái)安全可靠?？刂菩盘?hào)主要來(lái)自單片機(jī)的輸出，不 過(guò)要配以放大電路才能實(shí)現(xiàn)繼電器的動(dòng)作。4、通信模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，通信是現(xiàn)代電子設(shè)備所必不可少的，特別在電動(dòng)機(jī)保護(hù)器中。將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)傳送給上位機(jī)或者其他控制設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和在線監(jiān)視，同時(shí)也做到故障的記錄和保存，以給維護(hù)和診斷帶來(lái)幫助。所有這些都需要保護(hù)器處于一個(gè)通 信的狀態(tài)。5、人機(jī)對(duì)話模塊人機(jī)對(duì)話模塊即是圖2.1中的按鍵采集電路和顯示電路的組合。主要由顯示器和輸 入按鈕構(gòu)成。顯示器可以直接采用7段數(shù)碼管和顯示驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，主要用于顯示設(shè)定 的保護(hù)參數(shù)和當(dāng)前工作狀態(tài)參數(shù)；輸入則主要由

27、按鈕開(kāi)關(guān)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn) 和反轉(zhuǎn)以及制動(dòng)停車和參數(shù)的輸入。6、電源模塊電源模塊主要用于給整個(gè)系統(tǒng)供電。系統(tǒng)的各個(gè)電路需要的電源電壓是不一樣的， 因此該模塊需提供四種電源：+24V單獨(dú)接地、+12V, +5V共同接地和+5V單獨(dú)接地。2.2系統(tǒng)功能特點(diǎn)根據(jù)對(duì)現(xiàn)有各種保護(hù)裝置功能對(duì)比及客戶需求，確定本課題設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的 保護(hù)功能包括：?jiǎn)?dòng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、斷相保護(hù)、三相不平衡保 護(hù)、過(guò)壓及欠壓保護(hù)、漏電保護(hù)。其中過(guò)流和過(guò)載都采用反時(shí)限特性進(jìn)行保護(hù)。過(guò)載反 時(shí)限保護(hù)特性標(biāo)志可由用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)載情況進(jìn)行設(shè)定。該裝置還具有人機(jī)交互功 能、故障指示和故障記憶功能。該另外

28、系統(tǒng)還具有的一個(gè)最大的特點(diǎn)是具有通信功能， 這會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)帶來(lái)更多方便。2.3方案確定根據(jù)系統(tǒng)功能特點(diǎn)，確定本裝置主要由單片機(jī)、電動(dòng)機(jī)三相電流、零序電流及線電 壓采樣輸人通道、按鍵輸人、數(shù)碼管顯示、故障指示、跳閘出口等部分組成。1、單片機(jī)確定：當(dāng)前單片機(jī)種類繁多，且性能各異。因此，作為系統(tǒng)樞紐的CPU勺確是系統(tǒng)方案確 定的核心問(wèn)題。In tel公司是全球最大的半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，它生產(chǎn)的單片機(jī)具有硬件 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、指令系統(tǒng)豐富、計(jì)算功能強(qiáng)大、直接設(shè)計(jì)有乘法和除法指令給計(jì)算帶來(lái) 方便、集成外圍模塊多、功耗低、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)12 oU1TN8 7C1 96KD-20ACH0ACH1ACH2AC

29、H3ACH4ACH5ACH6ACH75741 11 08916 01 7391842336563式中：t電動(dòng)機(jī)允許過(guò)載時(shí)間;電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù);:電動(dòng)機(jī)繞組溫升，一般取=1.11.2，考慮到電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行使用情況，設(shè)計(jì)時(shí)留有一定余量，故取二=1.2，則:t =1500ln1 2 -1.2電動(dòng)機(jī)過(guò)載將可能導(dǎo)致其定子溫升超過(guò)繞組絕緣的熱容限。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在額定溫度以上，溫度每升高10C，絕緣的壽命將減半。因此，持續(xù)過(guò)載也會(huì)使絕緣過(guò)早老化或 損壞。此保護(hù)裝置根據(jù)電動(dòng)機(jī)的時(shí)間一電流熱特性，在其內(nèi)部復(fù)制生成一個(gè)電動(dòng)機(jī)的熱模 型。裝置的熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)功能可以由用戶啟用或閉鎖。保護(hù)裝置對(duì)流過(guò)電動(dòng)機(jī)的正序和負(fù)序負(fù)載電

30、流進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量，然后將這些測(cè)量值綜合，得到一個(gè)等效電流leq供熱復(fù)制回路使用。熱復(fù)制產(chǎn)生的熱效應(yīng)由Ieq2來(lái)生成，這樣在計(jì)算時(shí)也就同時(shí)考慮了電動(dòng)機(jī) 的正序和負(fù)序電流所產(chǎn)生的影響。過(guò)負(fù)荷保護(hù)功能生成的等效電流按下式計(jì)算得出Icq = I 1 2 Kl 22式中：I 1正序電流；I 2負(fù)序電流；K與電動(dòng)機(jī)熱容量成比例的一個(gè)常數(shù)，可自行設(shè)定。如上所述，電動(dòng)機(jī)的溫度將按平方關(guān)系隨著電流的增大而升高。為了更好地實(shí)現(xiàn)過(guò) 負(fù)荷保護(hù)，此裝置中對(duì)時(shí)間常數(shù)提供了很大的整定范圍， 以保證在電動(dòng)機(jī)升溫和降溫的 過(guò)程中，裝置中的熱模型與實(shí)際受保護(hù)的電動(dòng)機(jī)更為接近。此外，電動(dòng)機(jī)的熱承受能力還要受到故障前電動(dòng)機(jī)繞組的熱狀態(tài)

31、的影響。所以在設(shè)計(jì)熱復(fù)制功能時(shí)，還對(duì)極端的情況進(jìn)行了考慮：一種為故障前電流為零，也即是常說(shuō)的“冷狀態(tài)”；另一種為故障前電流為額定電流，也即是常說(shuō)的“熱狀態(tài)”。若故障前電流 為0,裝置將根據(jù)“冷狀態(tài)曲線”計(jì)算；若故障前電動(dòng)機(jī)在或曾經(jīng)在額定電流下運(yùn)行， 那么裝置將采用“熱狀態(tài)曲線”計(jì)算。在正常運(yùn)行方式下，此裝置將運(yùn)行在這兩種極限 狀態(tài)之間，除非通過(guò)編程使其不以這種方式運(yùn)行。為了對(duì)電動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行狀況，都能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，過(guò)負(fù)荷曲線中引入了 3個(gè)獨(dú)立可調(diào)的時(shí)間常數(shù)：I 1b熱電流整定;Tl當(dāng)電流處于1*和2l 1b之間時(shí)的過(guò)負(fù)荷時(shí)間常數(shù)；T 2當(dāng)電流大于2 I 1b是的過(guò)負(fù)荷常數(shù)；Tx當(dāng)電動(dòng)機(jī)停

32、止時(shí)的冷卻時(shí)間常數(shù)。裝置中需整定的升溫、冷卻時(shí)間常數(shù)應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)定子的升溫、 冷卻時(shí)間常數(shù)確定。 裝置的升溫時(shí)間常數(shù)(T1)應(yīng)整定為與電動(dòng)機(jī)定子的升溫時(shí)間常數(shù)相等或盡可能地接近， 該參數(shù)由電動(dòng)機(jī)制造廠家提供。整定時(shí)，應(yīng)使T1等于T2,這樣就能獲得一條連續(xù)的熱特性曲線。在時(shí)間一電流圖 上繪制出選定的熱特性曲線很重要，因?yàn)檫@樣可以確保冷特性曲線與起動(dòng)特性曲線不會(huì) 相交。在某些應(yīng)用場(chǎng)合下，無(wú)法得到電動(dòng)機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)。但有可能得到關(guān)于這些值的曲 線圖。這種情況下，在選擇電動(dòng)機(jī)定子升溫時(shí)間常數(shù)時(shí)，應(yīng)使繪制出的時(shí)間一電流曲線 近似地與電動(dòng)機(jī)的冷態(tài)曲線相匹配。而在那些既不能得到電動(dòng)機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)，也不能 得

33、到熱曲線圖形的情況下，選擇的 T1和T2應(yīng)使熱特性曲線位于起動(dòng)特性曲線的上方， 但小于電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間。此時(shí)，熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)同時(shí)也具有了一定的堵轉(zhuǎn)保護(hù)的能 力。Tr為冷卻時(shí)間常數(shù)。該整定值對(duì)于周期性運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)極為重要，因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī) 升溫和冷卻的過(guò)程中裝置需要獲得電動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)的準(zhǔn)確信息。一般情況下其整定值為 T1的倍數(shù)，并略微大于電動(dòng)機(jī)自身的冷卻時(shí)間常數(shù)。3.3短路分析及保護(hù)方案短路故障是指不同相的導(dǎo)線間或相對(duì)地發(fā)生金屬性的連接或經(jīng)較小阻抗的連接。電動(dòng)機(jī)短路通常發(fā)生在接線端子或繞組內(nèi)部。 接線端子短路是由于接線端松脫造成的單相 偶然與殼體連接或兩相間偶然斷路。而繞組內(nèi)部短路又分為相間短路和匝

34、間短路兩種。 相間短路包括繞組端部層間短路，槽內(nèi)上下層線圈之間短路及繞組連接線或引出線絕緣 損壞造成的相間短路。匝間短路包括一個(gè)線圈之間短路，一個(gè)極相組中的線圈之間短路 及各極相組線圈間的短路。造成繞組短路的內(nèi)部原因是電動(dòng)機(jī)絕緣有缺陷及導(dǎo)線本身絕 緣不良或嵌線時(shí)絕緣受損。電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)短路后，短路電流會(huì)立即增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于額定電 流。斷路電流使繞組迅速產(chǎn)生高熱，以致絕緣變色、焦脆、直至燒毀。短路后果是嚴(yán)重 的，因此短路故障出現(xiàn)時(shí)必須迅速切除，即瞬斷。由于電動(dòng)機(jī)相繞組間的絕緣相對(duì)較多， 因此發(fā)生相間短路故障的現(xiàn)象較少。 而由于 電動(dòng)機(jī)定子繞組安裝在接地金屬外殼內(nèi)，所以電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生的絕大部分故障都與接

35、地 有關(guān)，使得接地漏電保護(hù)裝置動(dòng)作。盡管如此，一般來(lái)說(shuō)，仍然需要設(shè)計(jì)了一個(gè)快速動(dòng) 作的過(guò)流保護(hù)元件，用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)端子間發(fā)生的相間短路故障。為了避免在起動(dòng)過(guò)程中，因電流互感飽和時(shí)的不對(duì)稱性導(dǎo)致的跳閘，當(dāng)電流在I1.211之間時(shí)，該元件的最小動(dòng)作時(shí)間為 100 ms,發(fā)生短路時(shí)，可以采用速斷保護(hù)法，短路 判別計(jì)算公式為(I max / |n) , 7式中：|max電動(dòng)機(jī)最大電流;In電動(dòng)機(jī)額定電流。3.4缺相和相不平衡分析及保護(hù)方案電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行時(shí)，往往表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生不均勻，電機(jī)的帶負(fù)載能力明顯下降。 在重載情況下電動(dòng)機(jī)會(huì)立馬處于停轉(zhuǎn)的狀態(tài)，而此時(shí)電動(dòng)機(jī)的另外兩相電源任在接通。 這樣就會(huì)使電

36、流在短時(shí)間內(nèi)增大導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞。如果電動(dòng)機(jī)處于輕載情況下，電機(jī)會(huì)由于慣性沖過(guò)不均勻的磁場(chǎng)區(qū)。不過(guò)此時(shí)斷相產(chǎn)生的不對(duì)稱電流對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害不僅僅 是電流增加引起定子發(fā)熱，更重要的是不對(duì)稱電流會(huì)在各相電流中出現(xiàn)很大的負(fù)序分 量，這些分量會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)端部發(fā)熱、轉(zhuǎn)子振動(dòng)，以及起動(dòng)力矩降低等一系列問(wèn)題，而 且電動(dòng)機(jī)的不對(duì)稱故障容易形成事故的擴(kuò)大， 造成電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。斷相情況可能出 現(xiàn)在電機(jī)運(yùn)行期間，也可能發(fā)生在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)。由于缺相能引起電動(dòng)機(jī)三相電流嚴(yán)重不平衡，故在設(shè)計(jì)時(shí)將缺相和相不平衡故障綜 合考慮。根據(jù)電動(dòng)機(jī)使用規(guī)范，相間不平衡及缺相的計(jì)算公式如下=(I m ax / | m in ) I p 1

37、00%式中：|max三相最大電流;I m in三相最小電流;IP三相平均電流。電動(dòng)機(jī)的相間不平衡采用反時(shí)限動(dòng)作原理，即S數(shù)越大，動(dòng)作時(shí)間越短，考慮到電動(dòng)機(jī) 本身因素和測(cè)量值誤差，各為10%時(shí)開(kāi)始累加，大于150%時(shí)，保護(hù)器立即動(dòng)作。3.5漏電分析及保護(hù)方案由于電機(jī)繞組的絕緣下降，電機(jī)受潮等原因，使電動(dòng)機(jī)極易發(fā)生接地短路，若接地 是非金屬性的，將不會(huì)出現(xiàn)大的電流， 因此不會(huì)反映成各相電流的過(guò)流，現(xiàn)有各類保護(hù) 器很難檢測(cè)到這類故障，然而，這類局部故障若不及時(shí)處理，將會(huì)使故障擴(kuò)大，等到出 現(xiàn)大的相電流時(shí)，電動(dòng)機(jī)實(shí)際己損壞，保護(hù)失去意義。異步電動(dòng)機(jī)一般不接中線，即：采用三相三線制供電方式。根據(jù)對(duì)稱分量

38、法，在正 常運(yùn)行時(shí)，la+lb+lc=0,無(wú)零序分量。一旦出現(xiàn)接地故障，不論該故障是金屬性的，還 是非金屬性的，均在相電流中出現(xiàn)零序電流，即：I a+l b+lc工0同時(shí)，定子電流不對(duì)稱 不會(huì)產(chǎn)生零序電流，即l a+l b+l c=0。而接地產(chǎn)生的零序電流在定子電流中又很難察覺(jué) 出來(lái)。對(duì)于采用三相四線制供電方式的系統(tǒng)，根據(jù)對(duì)稱分量法，在正常運(yùn)行時(shí)，l a+l b+l cln=0。一旦出現(xiàn)漏電故障，不論該故障是金屬性的，還是非金屬性的，均有I a+l b+l clnO因此，l a+l b+ l c ln是否等于零可作漏電故障的判據(jù)。定子電流的不對(duì)稱產(chǎn)生 了中線電流，但不會(huì)產(chǎn)生零序電流，即l a+

39、l b+ l c ln=0o而漏電產(chǎn)生的零序電流在定子 電流和中線電流中察覺(jué)不出來(lái)。因此，檢側(cè)零序電流是判斷漏電故障的有效方法?？刹?用零序互感器來(lái)采集電流信號(hào)。3.6欠電壓分析及保護(hù)方案在電力系統(tǒng)中，由于負(fù)載的增大、系統(tǒng)故障或調(diào)整不當(dāng)，就有可能會(huì)出現(xiàn)欠電壓現(xiàn) 象。電壓的下降會(huì)直接影響到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。 如果電壓降落的時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)可以實(shí) 現(xiàn)成功的重升速。但持續(xù)的欠電壓則會(huì)使所有電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 因此一般在系統(tǒng)中都廣泛地 采用了基于時(shí)間延遲的欠電壓保護(hù)。這個(gè)保護(hù)器內(nèi)的欠電壓保護(hù)由兩段獨(dú)立的相間測(cè)量量組成。如果需要的話，兩段保護(hù)都可以同時(shí)提供報(bào)警和跳閘信號(hào)。另外根據(jù)電壓降落的嚴(yán)重程度，我們可能需要采

40、用 不同的時(shí)間整定值，換句話說(shuō)就是，電動(dòng)機(jī)可承受小電壓降落的時(shí)間較長(zhǎng)，而可承受大 電壓降的時(shí)間則較短。這就是繼電器設(shè)計(jì)兩個(gè)保護(hù)段的原因， 其中一段的整定電壓較高 而延遲時(shí)間較長(zhǎng)，另一段則與之相反。3.7啟動(dòng)分析及保護(hù)方案電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)是確保機(jī)械正常運(yùn)行的關(guān)鍵，是電機(jī)使用壽命的決定因素。電動(dòng)機(jī)定子給電后，有幾種異常情況會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)故障：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械故障、軸承故障、電壓 過(guò)低或斷相啟動(dòng)。給電后轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)類似于一個(gè)二次側(cè)為阻性負(fù)載的變壓器，電 流為滿載電流的58倍，具體值取決于電機(jī)設(shè)計(jì)和電源阻抗。 按典型值6倍考慮，由于 集膚效應(yīng)（集膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng)，當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電流將集中在導(dǎo)體表

41、面流過(guò)： 這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。是電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時(shí)，會(huì)聚集于總導(dǎo)體表層，而非平均分布于整個(gè)導(dǎo)體的截面積中。頻率越高，集膚效應(yīng)越顯著），電阻按增加3倍計(jì)算的話，發(fā)熱量約為正常工作時(shí)的108倍。由于溫度上升很快，電機(jī)絕緣層 會(huì)因此損壞，使生產(chǎn)蒙受損失。所以用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器給電動(dòng)機(jī)設(shè)定一個(gè)啟動(dòng)時(shí)間，在規(guī) 定時(shí)間內(nèi)還不能使整定電流降至電機(jī)額定電流，那么就認(rèn)為啟動(dòng)失敗，切斷電機(jī)電源以達(dá)到保護(hù)目的，等到故障切除后再次啟動(dòng)電機(jī)。3.8本章小結(jié)本章主要對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行了分析并給出了具體的保護(hù)方 案，構(gòu)造了保護(hù)特性的數(shù)學(xué)模型。這些保護(hù)方案和保護(hù)參數(shù)會(huì)作為軟件編制過(guò)程中的保

42、 護(hù)依據(jù)，有效的銜接了硬件和軟件。故障分別有：過(guò)流、欠流保護(hù)；過(guò)載保護(hù)；短路保 護(hù)；缺相和相不平衡保護(hù)；漏電保護(hù)；欠壓保護(hù)和電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)。在接下來(lái)的章節(jié)里我 們會(huì)設(shè)計(jì)具體的硬件電路，以完成這些保護(hù)方案。4保護(hù)器硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，電路中元器件的選擇是決定系統(tǒng)好壞的關(guān)鍵因素。 系 統(tǒng)在軟件的配合下能否正常工作取決于硬件電路對(duì)信號(hào)處理的好壞以及抗干擾能力。除了工作性能以外，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也是工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮到的一個(gè)重要因素， 尤其是在我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)不甚發(fā)達(dá)的情況下， 能夠長(zhǎng)期占據(jù)市場(chǎng)的將是那些高性價(jià)比的產(chǎn) 品。硬件電路以單片機(jī)為控制核心，而單片機(jī)的功能主要是對(duì)輸入接口的信號(hào)

43、進(jìn)行運(yùn)算 處理然后給出輸出，用輸出信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)外部電路，達(dá)到用戶的控制目的。所以單片機(jī)要 配置一定的外圍電路。下面就從保護(hù)器的結(jié)構(gòu)框圖著手來(lái)對(duì)硬件電路進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)圖如下圖4.1。由結(jié)構(gòu)框圖可以看出，硬件電路電路主要又六個(gè)部分組成： 信號(hào)采集放大電路、電源供 電電路、端子輸入電路、輸入顯示電路、繼電器輸出電路、通信電路。另外單片機(jī)還配 以別的外圍電路，比如晶振電路，A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電源以及復(fù)位電路。這些都是單片機(jī)的 必備電路，所以就不作為小節(jié)介紹。接下來(lái)就 給大家介紹六大電路。4.1信號(hào)采集電路信號(hào)采集電路主要采集電動(dòng)機(jī)三相電源的電流信號(hào)。電流信號(hào)作為輸入，它的值經(jīng) 處理后直接用來(lái)作為電動(dòng)機(jī)故障的

44、判據(jù)。 因此，必須通過(guò)理論分析、反復(fù)實(shí)驗(yàn)方能確定 經(jīng)分析，本課題經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算設(shè)計(jì)電路圖如下圖4.2。DCBA1234567圖4.2信號(hào)采樣電路345SizeNumberA36Date:16-Jun-2009File:C:Documents andtSngsAdminist7RevisionSheet ofDrawn BACKUP4.DDB1 21、電路分析電路圖左側(cè)為電流互感器和零序互感器， 這兩個(gè)器件都是用來(lái)采集電流信號(hào)的。 為 采集三相電源的電流，應(yīng)同時(shí)使用 3個(gè)電流互感器，均為穿心式，變比為 250A/50mA。 以A相為例，R7電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過(guò)電容 C12進(jìn)行濾

45、波，去掉 干擾信號(hào)；接下來(lái)通過(guò)肖特基二極管 D1進(jìn)行整流。得到直流信號(hào)。直流信號(hào)分兩路， 上邊一路通過(guò)比較放大器U8C進(jìn)行放大后進(jìn)入單片機(jī)的ACH2 口。這一路信號(hào)采集的主要是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電流。下邊一路經(jīng)過(guò)電壓跟隨器后再經(jīng)分壓后進(jìn)入單片機(jī)的 ACH3 口，這一路采集的主要是電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流。在進(jìn)入單片機(jī)輸入口之前都設(shè)計(jì)一個(gè)鉗位二極管，主要是主要是將輸入電壓鉗位在5.7V以內(nèi)，對(duì)單片機(jī)起保護(hù)作用，以免燒壞單片機(jī)。2、電路數(shù)據(jù)計(jì)算以本課題的液壓站為例，假設(shè)液壓站的泵電機(jī)的額定電流為 160A。屬于本保護(hù)器 保護(hù)范圍之列(本保護(hù)器的保護(hù)額定電流在 100A250A之間)。那么泵電機(jī)的峰值 為

46、：Imax = 2 I = . 2 160A =226.27A選擇電壓轉(zhuǎn)換電阻為R7=10。根據(jù)選擇的電流互感器的變比(250A/50mA)可得變換 后的電流為：|x =|max-：-(250/50) =226.27-5= 45.25mA電壓為：Ux = lx R7 =45.25 10 =0.453/U8C 的放大倍數(shù)：B =1+R/R1=1+R27/R22=1+9/ 仁10,這里設(shè) R27=9kQ，R22=1kQ0所以電機(jī)運(yùn)行中的電壓為：Uy二Ux 10 = 0.453 10 =4.53V ：5.7V通常，啟動(dòng)電流可以高達(dá)額定電流的68倍，所以可算得啟動(dòng)時(shí)的電流為：|Q=|x (6 8) =45.25 (68) =271.5mA362mA電壓為：U max = Imax R7 = 362 10 = 3.62V 5.7V因此設(shè)計(jì)合理，滿足單片機(jī)的輸入要求。那么其余兩相也按照此方法可以算出。為適應(yīng)電動(dòng)機(jī)不同額定電流，本裝置應(yīng)該是通用的智能保護(hù)器，適應(yīng)不同電機(jī)不同 的額定電流。這樣就會(huì)對(duì)裝置的保護(hù)精度有一定的影響。為了盡量擴(kuò)大保護(hù)整定范圍而 不降低精度，采取了如下兩項(xiàng)措施：首先是使用羅氏線圈電流互